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2025, 37: 052001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240312
2025, 37: 051001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240370
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240444
摘要:
报道了一种室温下运行的高功率、高光束质量Yb:YAG激光振荡器。该激光器采用了中等掺杂（Yb3+ 2.0 at%）的Yb:YAG棒状晶体，并使用准连续输出的光纤耦合模块进行端面泵浦，成功研制出具备48 W高光束质量微秒输出能力的端泵激光器。通过设计优化谐振腔的腔型结构，在100 Hz重复频率下获得了22 W的准连续线偏振微秒激光输出，光光效率达到47.4%，斜效率为53.5%，光束质量M2为1.22。通过优化泵浦光斑尺寸并使用声光调Q模块，实现了20.8 W的纳秒脉冲输出，对应单脉冲能量为9.9 mJ，脉冲宽度为23.9 ns，光束质量M2为1.39。整个激光系统采用紧凑化设计，光学部分尺寸仅为250 mm × 200 mm × 80 mm。
报道了一种室温下运行的高功率、高光束质量Yb:YAG激光振荡器。该激光器采用了中等掺杂（Yb3+ 2.0 at%）的Yb:YAG棒状晶体，并使用准连续输出的光纤耦合模块进行端面泵浦，成功研制出具备48 W高光束质量微秒输出能力的端泵激光器。通过设计优化谐振腔的腔型结构，在100 Hz重复频率下获得了22 W的准连续线偏振微秒激光输出，光光效率达到47.4%，斜效率为53.5%，光束质量M2为1.22。通过优化泵浦光斑尺寸并使用声光调Q模块，实现了20.8 W的纳秒脉冲输出，对应单脉冲能量为9.9 mJ，脉冲宽度为23.9 ns，光束质量M2为1.39。整个激光系统采用紧凑化设计，光学部分尺寸仅为250 mm × 200 mm × 80 mm。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240400
摘要:
为有效解决驱动粒子反应需要的强电磁脉冲功率问题，在压电陶瓷堆脉冲功率源基础上研究了一种新型的基于氢等离子体加载和波粒共振机制的脉冲功率同步放大技术，其放大机理为：一是氢分子成键轨道比反键轨道能量低，在电离过程中会释放内能促进脉冲功率驱动的电离过程高效发生；二是氢原子电离后，电磁场与电离后形成的电子发生波粒共振，电子能量被同步转换为电磁场能量。波粒共振放大后获得更强的电磁脉冲能量，其作用到螺旋电极上可形成球形电磁场，并具有极高的加速梯度，可对氢原子高效电离后产生的大量质子进行近距加速。本文通过实验测试和仿真分析对上述理论进行了有效证明，该项研究有望为强电磁脉冲驱动的小型化、低成本质子发生器奠定基础。
为有效解决驱动粒子反应需要的强电磁脉冲功率问题，在压电陶瓷堆脉冲功率源基础上研究了一种新型的基于氢等离子体加载和波粒共振机制的脉冲功率同步放大技术，其放大机理为：一是氢分子成键轨道比反键轨道能量低，在电离过程中会释放内能促进脉冲功率驱动的电离过程高效发生；二是氢原子电离后，电磁场与电离后形成的电子发生波粒共振，电子能量被同步转换为电磁场能量。波粒共振放大后获得更强的电磁脉冲能量，其作用到螺旋电极上可形成球形电磁场，并具有极高的加速梯度，可对氢原子高效电离后产生的大量质子进行近距加速。本文通过实验测试和仿真分析对上述理论进行了有效证明，该项研究有望为强电磁脉冲驱动的小型化、低成本质子发生器奠定基础。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240401
摘要:
介绍了一种小型化高通量中子源系统的工作原理、组成与构型，系统性地介绍了开发该型中子源系统所需的压电脉冲功率源技术、核反应设计技术、球形电磁场发生技术、粒子近距加速技术、粒子极化与共振对撞技术。研发了完整的中子源实物系统并对其进行能谱和通量测试，实验中观测到了预期的物理现象，通过在线与离线中子测试方法证明了核反应的发生，测试结果显示直径2 cm、长度为4 cm的新式微型中子源的中子辐射通量达到了1010 n/(cm2·s)水平，属于强中子辐射源。
介绍了一种小型化高通量中子源系统的工作原理、组成与构型，系统性地介绍了开发该型中子源系统所需的压电脉冲功率源技术、核反应设计技术、球形电磁场发生技术、粒子近距加速技术、粒子极化与共振对撞技术。研发了完整的中子源实物系统并对其进行能谱和通量测试，实验中观测到了预期的物理现象，通过在线与离线中子测试方法证明了核反应的发生，测试结果显示直径2 cm、长度为4 cm的新式微型中子源的中子辐射通量达到了1010 n/(cm2·s)水平，属于强中子辐射源。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240131
摘要:
北京大学拍瓦激光质子加速器针对肿瘤治疗需求，开发激光质子放疗系统，实现质子放射肿瘤治疗。其水平束流线和垂直束流线的公共收集段主要由三台超导螺线管(S1-S3)组成。在降温过程和励磁过程中螺线管内会产生较大的应力，此外超导螺线管采用快脉冲的方式运行，励磁过程中的交流损耗会对螺线管励磁速度和稳定运行有重要影响。以结构最复杂、中心场强为7.8 T、直径120 mm的螺线管S1为研究对象，使用COMSOL Multiphysics软件对超导螺线管进行了多场条件下的应力分析，同时对其由于快速变化的电流所产生的交流损耗进行了模拟计算。随后开展了相应的实验研究，获得了应变随温度变化，给出了电流、磁场、应变三者对应关系的变化曲线。在实验过程中，磁场和应变的测量值与电流的变化之间存在显著的正相关性，应变值小于线圈所受应力的最大限值，验证了超导螺线管设计的合理性。
北京大学拍瓦激光质子加速器针对肿瘤治疗需求，开发激光质子放疗系统，实现质子放射肿瘤治疗。其水平束流线和垂直束流线的公共收集段主要由三台超导螺线管(S1-S3)组成。在降温过程和励磁过程中螺线管内会产生较大的应力，此外超导螺线管采用快脉冲的方式运行，励磁过程中的交流损耗会对螺线管励磁速度和稳定运行有重要影响。以结构最复杂、中心场强为7.8 T、直径120 mm的螺线管S1为研究对象，使用COMSOL Multiphysics软件对超导螺线管进行了多场条件下的应力分析，同时对其由于快速变化的电流所产生的交流损耗进行了模拟计算。随后开展了相应的实验研究，获得了应变随温度变化，给出了电流、磁场、应变三者对应关系的变化曲线。在实验过程中，磁场和应变的测量值与电流的变化之间存在显著的正相关性，应变值小于线圈所受应力的最大限值，验证了超导螺线管设计的合理性。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240407
摘要:
详细研究了在走离补偿及非走离补偿两种方式下，钛宝石（Ti: sapphire）激光倍频泵浦的非共线超宽带简并光参量放大中二次谐波寄生效应的影响。研究表明，在非走离补偿方式下，通过适当增加泵浦光与信号光的非共线角，在确保信号光宽光谱放大的同时，可以有效降低二次谐波寄生效应对信号光输出光谱的影响。获得了不同泵浦光光谱带宽下，简并光参量放大的信号光输出光谱及输出通量演化规律，明确了在给定信号光输出光谱带宽下对泵浦光光谱带宽的要求。研究结果为基于简并光参量放大的超宽带高时域对比度飞秒种子光产生提供设计依据。
详细研究了在走离补偿及非走离补偿两种方式下，钛宝石（Ti: sapphire）激光倍频泵浦的非共线超宽带简并光参量放大中二次谐波寄生效应的影响。研究表明，在非走离补偿方式下，通过适当增加泵浦光与信号光的非共线角，在确保信号光宽光谱放大的同时，可以有效降低二次谐波寄生效应对信号光输出光谱的影响。获得了不同泵浦光光谱带宽下，简并光参量放大的信号光输出光谱及输出通量演化规律，明确了在给定信号光输出光谱带宽下对泵浦光光谱带宽的要求。研究结果为基于简并光参量放大的超宽带高时域对比度飞秒种子光产生提供设计依据。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240392
摘要:
研究了栅高对SU-8微米光栅衍射效率的影响。使用严格耦合波理论模拟分析了栅高分别为6～8 μm、12～16 μm、6～30 μm时的衍射效率，以及6～30 μm连续变化的0级和1级衍射效率。模拟结果显示，栅高6 μm时，0级衍射效率最低，1级衍射效率最高；在12 μm时，0级衍射效率最高，1级衍射效率最低。栅高6～30 μm连续变化时，衍射效率随之周期性变化。制备不同厚度的SU-8薄膜，采用皮秒激光刻蚀技术，制备了不同栅高的40 μm周期光栅。测量结果显示，周期40 μm光栅的栅高6.83 μm时，−1级衍射效率为28.4%，0级衍射效率约为14.7%；栅高13.45 μm时，0级衍射效率为31.46%，1级衍射效率12.35%。0级和1级衍射效率的大小随着栅高周期变化。理论模拟和实验探索，将对SU-8微米光栅的制备和一级衍射效率的提高提供重要的参考。
研究了栅高对SU-8微米光栅衍射效率的影响。使用严格耦合波理论模拟分析了栅高分别为6～8 μm、12～16 μm、6～30 μm时的衍射效率，以及6～30 μm连续变化的0级和1级衍射效率。模拟结果显示，栅高6 μm时，0级衍射效率最低，1级衍射效率最高；在12 μm时，0级衍射效率最高，1级衍射效率最低。栅高6～30 μm连续变化时，衍射效率随之周期性变化。制备不同厚度的SU-8薄膜，采用皮秒激光刻蚀技术，制备了不同栅高的40 μm周期光栅。测量结果显示，周期40 μm光栅的栅高6.83 μm时，−1级衍射效率为28.4%，0级衍射效率约为14.7%；栅高13.45 μm时，0级衍射效率为31.46%，1级衍射效率12.35%。0级和1级衍射效率的大小随着栅高周期变化。理论模拟和实验探索，将对SU-8微米光栅的制备和一级衍射效率的提高提供重要的参考。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240257
摘要:
为方便粒子加速器用固态功率源设备在线更换维护，需要功率合成器具备在线可解耦的功能。腔式合成器由于其较高的功率容量成为功率合成的优选方案，但目前并未实现输入耦合度在线可调。为此，设计了一种带有可旋转解耦系统的650 MHz八合一腔式功率合成器。将非接触开路式扼流槽设置在射频输入端口，耦合环与腔体分离，实现磁耦合环可在线旋转调节，根据固态功率源工作状态来在线调节输入耦合度，以此来满足热插拔及调整合成效率的目的。仿真结果表明该合成器单级合成效率高，功率损耗小，且各输入端到输出端的幅度传输具有很好的一致性，最大偏差在0.25 dB以内。通过在线调节耦合度实现输入端口射频隔离，从而实现功放模块在线热插拔更换，极大的改善了功放模块的在线可维护性及灵活性。
为方便粒子加速器用固态功率源设备在线更换维护，需要功率合成器具备在线可解耦的功能。腔式合成器由于其较高的功率容量成为功率合成的优选方案，但目前并未实现输入耦合度在线可调。为此，设计了一种带有可旋转解耦系统的650 MHz八合一腔式功率合成器。将非接触开路式扼流槽设置在射频输入端口，耦合环与腔体分离，实现磁耦合环可在线旋转调节，根据固态功率源工作状态来在线调节输入耦合度，以此来满足热插拔及调整合成效率的目的。仿真结果表明该合成器单级合成效率高，功率损耗小，且各输入端到输出端的幅度传输具有很好的一致性，最大偏差在0.25 dB以内。通过在线调节耦合度实现输入端口射频隔离，从而实现功放模块在线热插拔更换，极大的改善了功放模块的在线可维护性及灵活性。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240386
摘要:
高功率微波(HPM)系统集成过程中，微波源与传输发射分系统的对接状态直接影响系统性能，不良的对接状态可能引发射频击穿，导致系统输出功率降低。因此，诊断系统的对接状态具有重要工程价值。为此，开展了非接触式高功率微波传输技术研究，并针对采用圆锥喇叭作为馈源的Ku波段GW级HPM系统，提出了一种馈源喇叭注入功率测量技术。基于仿真设计，完成该测量技术的关键组件研制，并开展了小信号测试和功率容量考核试验。试验结果表明，在（15±0.15） GHz范围内，该测量组件的反射系数小于−26 dB，耦合系数为（−0.31±0.07） dB，功率容量超过900 MW。实验和仿真结果证明,提出的测量技术具有耦合系数稳定、测试误差小等性能，能够有效地测量HPM源注入馈源喇叭的微波功率，并诊断HPM系统的对接状态。
高功率微波(HPM)系统集成过程中，微波源与传输发射分系统的对接状态直接影响系统性能，不良的对接状态可能引发射频击穿，导致系统输出功率降低。因此，诊断系统的对接状态具有重要工程价值。为此，开展了非接触式高功率微波传输技术研究，并针对采用圆锥喇叭作为馈源的Ku波段GW级HPM系统，提出了一种馈源喇叭注入功率测量技术。基于仿真设计，完成该测量技术的关键组件研制，并开展了小信号测试和功率容量考核试验。试验结果表明，在（15±0.15） GHz范围内，该测量组件的反射系数小于−26 dB，耦合系数为（−0.31±0.07） dB，功率容量超过900 MW。实验和仿真结果证明,提出的测量技术具有耦合系数稳定、测试误差小等性能，能够有效地测量HPM源注入馈源喇叭的微波功率，并诊断HPM系统的对接状态。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240360
摘要:
针对大型激光装置集成安装过程中的机器人路径规划问题，提出一种简单有效的改进A*算法。该算法较传统A*算法进行了三步改进，第一步是限制可行走方向，避免出现传统A*算法发生穿越障碍物情况；二是将其启发函数优化为加权曼哈顿距离函数，加速向x方向或者y方向扩展节点，改善限制可行走方向带来的遍历节点数激增现象，三是引入转弯惩罚项，减少路径规划过程中的转弯次数，提高路径规划搜索效率和质量。在不同大小的栅格地图中验证三步改进A*算法的性能，并与传统A*算法进行比较。实验结果表明，简单地图中，三步改进A*算法遍历节点数略高于传统A*算法，转弯次数与传统A*算法相当，但路径避障性能明显优于传统A*算法，更有利于机器人安全行走。复杂地图中，综合考虑遍历节点数、转弯次数和路径长度的优先关系后，可以实现调节三步改进A*算法参数至路径规划结果最优。
针对大型激光装置集成安装过程中的机器人路径规划问题，提出一种简单有效的改进A*算法。该算法较传统A*算法进行了三步改进，第一步是限制可行走方向，避免出现传统A*算法发生穿越障碍物情况；二是将其启发函数优化为加权曼哈顿距离函数，加速向x方向或者y方向扩展节点，改善限制可行走方向带来的遍历节点数激增现象，三是引入转弯惩罚项，减少路径规划过程中的转弯次数，提高路径规划搜索效率和质量。在不同大小的栅格地图中验证三步改进A*算法的性能，并与传统A*算法进行比较。实验结果表明，简单地图中，三步改进A*算法遍历节点数略高于传统A*算法，转弯次数与传统A*算法相当，但路径避障性能明显优于传统A*算法，更有利于机器人安全行走。复杂地图中，综合考虑遍历节点数、转弯次数和路径长度的优先关系后，可以实现调节三步改进A*算法参数至路径规划结果最优。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240186
摘要:
光导开关连续工作在长脉宽、高重频工况时，由于存在一定的导通电阻，开关内部热沉积现象较严重，容易导致光导开关的热损伤和热击穿，严重影响光导开关的使用寿命。因此必须对高功率光导开关进行有效散热。常规冷却循环系统采用循环泵泵出方式对物体进行冷却，存在冷却介质在循环过程中压力过高或过低的问题，使物体冷却不均匀，极易导致物体损坏；此外，循环泵的桨叶循环过程中会产生气泡，使光导开关绝缘强度下降，导致沿面闪络击穿。针对此问题，研制了一套基于负压吸引机制消除气泡、双回路系统实现精确控温的冷却系统，实现了光导开关的良好散热，实现了光导开关在工作电压11 kV、输出电流560 A、脉宽55 ns、重复频率1 kHz条件下寿命达到106次，大幅度提高了光导开关寿命。
光导开关连续工作在长脉宽、高重频工况时，由于存在一定的导通电阻，开关内部热沉积现象较严重，容易导致光导开关的热损伤和热击穿，严重影响光导开关的使用寿命。因此必须对高功率光导开关进行有效散热。常规冷却循环系统采用循环泵泵出方式对物体进行冷却，存在冷却介质在循环过程中压力过高或过低的问题，使物体冷却不均匀，极易导致物体损坏；此外，循环泵的桨叶循环过程中会产生气泡，使光导开关绝缘强度下降，导致沿面闪络击穿。针对此问题，研制了一套基于负压吸引机制消除气泡、双回路系统实现精确控温的冷却系统，实现了光导开关的良好散热，实现了光导开关在工作电压11 kV、输出电流560 A、脉宽55 ns、重复频率1 kHz条件下寿命达到106次，大幅度提高了光导开关寿命。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240299
摘要:
对多组磁芯进行并联复位时，磁芯各次励磁工作点不一致，会导致装置运行状态不够稳定。将原高功率猝发多脉冲直线感应加速器感应腔磁芯脉冲并联复位系统改造为直流复位系统，该直流复位系统利用继电器对每个感应腔的复位电路进行单独控制，在使用可以周期性重复输出的恒流源的条件下，实现了对多组磁芯一对一的直流复位，解决了脉冲并联复位引起的磁芯各次励磁工作点不一致的问题。工程实施中，系统通过两套恒流源与8套切换控制箱协同工作对94组感应加速腔磁芯进行复位，显著降低了系统复杂度与维护成本。实际应用验证表明，改进后加速器的多脉冲稳定性显著提升，加速器束心位置抖动由1.3 mm降至1 mm以下。介绍了猝发多脉冲感应腔磁芯直流复位系统的工程设计思路、关键器件以及最终的工程布局和运行效果。
对多组磁芯进行并联复位时，磁芯各次励磁工作点不一致，会导致装置运行状态不够稳定。将原高功率猝发多脉冲直线感应加速器感应腔磁芯脉冲并联复位系统改造为直流复位系统，该直流复位系统利用继电器对每个感应腔的复位电路进行单独控制，在使用可以周期性重复输出的恒流源的条件下，实现了对多组磁芯一对一的直流复位，解决了脉冲并联复位引起的磁芯各次励磁工作点不一致的问题。工程实施中，系统通过两套恒流源与8套切换控制箱协同工作对94组感应加速腔磁芯进行复位，显著降低了系统复杂度与维护成本。实际应用验证表明，改进后加速器的多脉冲稳定性显著提升，加速器束心位置抖动由1.3 mm降至1 mm以下。介绍了猝发多脉冲感应腔磁芯直流复位系统的工程设计思路、关键器件以及最终的工程布局和运行效果。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240411
摘要:
针对高功率微波系统宽频带和波束扫描需求，提出并设计了一种基于可变电容的X波段高功率宽频带波束扫描反射阵列天线。天线采用线极化喇叭馈源和三明治介质埋藏式贴片单元，其中贴片部分为嵌套式双谐振结构集成可变电容，同步拓宽相位调节范围（360°）与工作带宽。通过消除单元突变结构并采用三明治介质层，有效抑制了三相点产生，使功率容量提升至5 MW（1个大气压SF6环境）。调节可变电容容值可实现8.55-9.65 GHz频段内12%相对调谐带宽。基于11×11矩形栅格的反射阵仿真表明：242 mm口径阵列天线最大增益25.12 dBi，口径效率54.39%，全频带支持0°～20°波束扫描。相较于现有技术，该设计在调谐带宽（12%）和功率容量（5 MW）方面具有优势，为高功率微波系统的宽频带波束控制提供了有效途径。
针对高功率微波系统宽频带和波束扫描需求，提出并设计了一种基于可变电容的X波段高功率宽频带波束扫描反射阵列天线。天线采用线极化喇叭馈源和三明治介质埋藏式贴片单元，其中贴片部分为嵌套式双谐振结构集成可变电容，同步拓宽相位调节范围（360°）与工作带宽。通过消除单元突变结构并采用三明治介质层，有效抑制了三相点产生，使功率容量提升至5 MW（1个大气压SF6环境）。调节可变电容容值可实现8.55-9.65 GHz频段内12%相对调谐带宽。基于11×11矩形栅格的反射阵仿真表明：242 mm口径阵列天线最大增益25.12 dBi，口径效率54.39%，全频带支持0°～20°波束扫描。相较于现有技术，该设计在调谐带宽（12%）和功率容量（5 MW）方面具有优势，为高功率微波系统的宽频带波束控制提供了有效途径。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250001
摘要:
太赫兹波是介于微波和远红外区域之间的毫米/亚毫米波，波长从3 mm到30 μm。自宇宙开始以来发射的所有可探测光子中，98%落在太赫兹和远红外区域，其中许多光子来自宇宙微波背景辐射，其他重要的发射来自大量的受激分子，这些分子在太赫兹范围内具有明亮的光谱发射特征。基于太赫兹的天文观测技术在天体物理和宇宙学的研究中扮演着愈加重要的作用，对星际原子、分子和尘埃的太赫兹观测可以洞察宇宙星际介质的内部条件，并提供对恒星、行星、星系和宇宙本身起源和演化的独特观察窗口。近年来，许多大型天文望远镜不断部署基于微波动态电感探测器（MKID）的太赫兹探测器，MKID成为了太赫兹天文探测领域重要的技术手段。本文主要阐述MKID的基础原理和应用在太赫兹探测领域的研究进展，通过MKID在多个太赫兹天文探测项目的应用总结，厘清MKID 探测器的工作原理和架构，梳理MKID取得的突破，并对其发展进行展望。
太赫兹波是介于微波和远红外区域之间的毫米/亚毫米波，波长从3 mm到30 μm。自宇宙开始以来发射的所有可探测光子中，98%落在太赫兹和远红外区域，其中许多光子来自宇宙微波背景辐射，其他重要的发射来自大量的受激分子，这些分子在太赫兹范围内具有明亮的光谱发射特征。基于太赫兹的天文观测技术在天体物理和宇宙学的研究中扮演着愈加重要的作用，对星际原子、分子和尘埃的太赫兹观测可以洞察宇宙星际介质的内部条件，并提供对恒星、行星、星系和宇宙本身起源和演化的独特观察窗口。近年来，许多大型天文望远镜不断部署基于微波动态电感探测器（MKID）的太赫兹探测器，MKID成为了太赫兹天文探测领域重要的技术手段。本文主要阐述MKID的基础原理和应用在太赫兹探测领域的研究进展，通过MKID在多个太赫兹天文探测项目的应用总结，厘清MKID 探测器的工作原理和架构，梳理MKID取得的突破，并对其发展进行展望。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240346
摘要:
针对浑浊水体中光条纹中心点提取精度低、抗干扰能力弱的问题，提出一种改进的内部推进算法，旨在提升复杂环境下光条纹中心点提取的准确性和鲁棒性。首先利用中值滤波预处理图像以抑制噪声，结合八邻域法快速定位光条纹起始点；随后引入灰度邻域属性法，动态估算当前行的光条纹像素宽度，并基于此范围应用最大类间方差法自适应确定二值化阈值，有效减少背景干扰；最后在约束的像素宽度范围内采用灰度重心法计算初始中心点，并以此为基础向上、下方向推进搜索光条纹中心点。实验在多种浑浊水体环境及不同结构光形态下进行对比测试。结果表明，与原始内部推进算法相比，本文方法均方根误差降低了13.33%，算法运行速度较Steger算法提升了69.07%，实现了精度与速度的平衡。
针对浑浊水体中光条纹中心点提取精度低、抗干扰能力弱的问题，提出一种改进的内部推进算法，旨在提升复杂环境下光条纹中心点提取的准确性和鲁棒性。首先利用中值滤波预处理图像以抑制噪声，结合八邻域法快速定位光条纹起始点；随后引入灰度邻域属性法，动态估算当前行的光条纹像素宽度，并基于此范围应用最大类间方差法自适应确定二值化阈值，有效减少背景干扰；最后在约束的像素宽度范围内采用灰度重心法计算初始中心点，并以此为基础向上、下方向推进搜索光条纹中心点。实验在多种浑浊水体环境及不同结构光形态下进行对比测试。结果表明，与原始内部推进算法相比，本文方法均方根误差降低了13.33%，算法运行速度较Steger算法提升了69.07%，实现了精度与速度的平衡。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240229
摘要:
为优化脉冲氙灯灭菌装置性能，基于自主研发的微秒脉冲电源系统，研究了不同规格的定制氙灯及其光谱范围对灭菌效果的影响。结果表明：弧长50 mm、气压50 kPa的氙灯的紫外-可见部分光谱中，UV波段占38.5%，UVC波段占17.6%。增大弧长、减小气压均可提高光谱强度，后者还可提高UV比例。弧长100 mm，气压50 kPa的氙灯在放电能量为20 J时，处理3 s可使覆盖范围内的大肠杆菌基本全部失去活性。灭菌效率与灯管弧长、放电能量呈正相关，与灯管气压呈负相关。氙灯辐射光的不同波段均有灭菌作用，UV波段灭菌对数值占87.7%，小于280 nm波段占64.6%。原子力显微镜结果显示，脉冲氙灯可以改变细菌菌体形貌和力学性质，使菌体萎缩，增大表面粗糙度、菌体弹性和粘附力。
为优化脉冲氙灯灭菌装置性能，基于自主研发的微秒脉冲电源系统，研究了不同规格的定制氙灯及其光谱范围对灭菌效果的影响。结果表明：弧长50 mm、气压50 kPa的氙灯的紫外-可见部分光谱中，UV波段占38.5%，UVC波段占17.6%。增大弧长、减小气压均可提高光谱强度，后者还可提高UV比例。弧长100 mm，气压50 kPa的氙灯在放电能量为20 J时，处理3 s可使覆盖范围内的大肠杆菌基本全部失去活性。灭菌效率与灯管弧长、放电能量呈正相关，与灯管气压呈负相关。氙灯辐射光的不同波段均有灭菌作用，UV波段灭菌对数值占87.7%，小于280 nm波段占64.6%。原子力显微镜结果显示，脉冲氙灯可以改变细菌菌体形貌和力学性质，使菌体萎缩，增大表面粗糙度、菌体弹性和粘附力。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240271
摘要:
，残余气体电离型束流剖面探测器（IPM）可以实时提供高流强质子加速器调试和稳定运行所需的关键束流分布信息, 中国散裂中子源（CSNS）直线加速器IPM装置采用紧凑型结构设计，通过离子模式收集并由光学成像系统实现束流横向一维分布测量。电极板开孔处的蜂窝网格结构阻挡部分离子或电子进入微通道板，造成成像阴影并引入束流分布畸变，利用离线算法进行校正。利用偏微分修复和机器学习算法对CSNS直线加速器IPM蜂窝网格造成的成像阴影和束流分布畸变进行了校正处理，采用无监督机器学习方法DIP校正后的束流尺寸与理论预期偏差低于10%并保持较好信噪比。
，残余气体电离型束流剖面探测器（IPM）可以实时提供高流强质子加速器调试和稳定运行所需的关键束流分布信息, 中国散裂中子源（CSNS）直线加速器IPM装置采用紧凑型结构设计，通过离子模式收集并由光学成像系统实现束流横向一维分布测量。电极板开孔处的蜂窝网格结构阻挡部分离子或电子进入微通道板，造成成像阴影并引入束流分布畸变，利用离线算法进行校正。利用偏微分修复和机器学习算法对CSNS直线加速器IPM蜂窝网格造成的成像阴影和束流分布畸变进行了校正处理，采用无监督机器学习方法DIP校正后的束流尺寸与理论预期偏差低于10%并保持较好信噪比。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240408
摘要:
在地表核泄漏场景下，辐射中子与物质中原子核经过多次散射后，能量很快降低到只有几个电子伏的热中子能区，热中子的活化将对核反应过程产生强烈影响。在固体、液体材料中，原子核通常以束缚态核的形式存在，在与物质相互作用反应方面，束缚核与气态的自由核不同。为更准确地评估核辐射效应，本文研究了束缚核效应对热中子活化过程的影响。使用蒙特卡罗方法模拟粒子输运，基于地表核辐射的场景建立了相应的空地界面模型，模拟了核辐射中子束入射土壤、海水以及混凝土产生的一系列核反应。以热中子的活化反应为重点，通过替换入射中子在介质中的反应截面引入束缚核效应，计算并对比了考虑束缚核效应影响前后活化产物次级γ的注量变化。研究结果表明，在活化过程中考虑束缚核效应的影响，能够使固液介质的热中子活化强度出现明显增强，从而在一定程度上增强地表次级γ场的辐射强度。由于元素组成、粒子屏蔽能力等因素的综合作用，三种介质场景下次级γ注量的最高涨幅分别为18%，8%和11%，涨幅随探测距离的变化规律也有所差异。
在地表核泄漏场景下，辐射中子与物质中原子核经过多次散射后，能量很快降低到只有几个电子伏的热中子能区，热中子的活化将对核反应过程产生强烈影响。在固体、液体材料中，原子核通常以束缚态核的形式存在，在与物质相互作用反应方面，束缚核与气态的自由核不同。为更准确地评估核辐射效应，本文研究了束缚核效应对热中子活化过程的影响。使用蒙特卡罗方法模拟粒子输运，基于地表核辐射的场景建立了相应的空地界面模型，模拟了核辐射中子束入射土壤、海水以及混凝土产生的一系列核反应。以热中子的活化反应为重点，通过替换入射中子在介质中的反应截面引入束缚核效应，计算并对比了考虑束缚核效应影响前后活化产物次级γ的注量变化。研究结果表明，在活化过程中考虑束缚核效应的影响，能够使固液介质的热中子活化强度出现明显增强，从而在一定程度上增强地表次级γ场的辐射强度。由于元素组成、粒子屏蔽能力等因素的综合作用，三种介质场景下次级γ注量的最高涨幅分别为18%，8%和11%，涨幅随探测距离的变化规律也有所差异。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240280
摘要:
为提升绝缘材料真空沿面耐压，提出了一种由微槽与分子自组装膜结合的复合结构，并采用激光微刻蚀、超声清洗、分子自组装等方法，在氧化铝真空绝缘子表面制备了该表面复合结构。作为对比，同时制备了仅有微槽或分子自组装膜的绝缘子。二次电子发射系数测试结果表明，表面微槽结构和表面分子自组装膜都可以降低绝缘子的二次电子发射系数，而他们相结合形成的复合结构能够进一步降低绝缘子的二次电子发射系数；相应的，闪络电压测试结果表明表面微槽结构和表面分子自组装膜都可以提升绝缘子的真空沿面闪络电压，而两者相结合形成的复合结构能够进一步提升闪络电压。该结果证明了复合结构中分子自组装膜和微槽能够对真空沿面闪络的发展进行双重抑制。
为提升绝缘材料真空沿面耐压，提出了一种由微槽与分子自组装膜结合的复合结构，并采用激光微刻蚀、超声清洗、分子自组装等方法，在氧化铝真空绝缘子表面制备了该表面复合结构。作为对比，同时制备了仅有微槽或分子自组装膜的绝缘子。二次电子发射系数测试结果表明，表面微槽结构和表面分子自组装膜都可以降低绝缘子的二次电子发射系数，而他们相结合形成的复合结构能够进一步降低绝缘子的二次电子发射系数；相应的，闪络电压测试结果表明表面微槽结构和表面分子自组装膜都可以提升绝缘子的真空沿面闪络电压，而两者相结合形成的复合结构能够进一步提升闪络电压。该结果证明了复合结构中分子自组装膜和微槽能够对真空沿面闪络的发展进行双重抑制。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240349
摘要:
为了提升基于模拟数字转换（ADC）技术的波形数字化读出系统的性能，提出了一种多通道间失配误差估计校准方法。采用两片国产高速ADC组成并行交替采样（TIADC）系统，采用粒子群算法（PSO）结合梯度下降法（GD）来完成系统通道失配误差估计；利用滤波器方程组和Kaiser窗截断处理得到补偿校准滤波器系数值。该补偿方法可以直接在以现场可编程门阵列（FPGA）为处理芯片的TIADC硬件平台上实现，达成宽带并行交替采样信号的在线重构。实验结果表明，该算法可以有效实现通道失配误差的补偿校准，在Vivado开发软件平台行为级仿真条件下使无杂散动态范围（SFDR）由32.1 dBFS提升到53.1 dBFS，在硬件系统测试时使SFDR提升到60.8 dBFS，且该信号重构方法易在硬件系统实现，不受通道数目的限制。
为了提升基于模拟数字转换（ADC）技术的波形数字化读出系统的性能，提出了一种多通道间失配误差估计校准方法。采用两片国产高速ADC组成并行交替采样（TIADC）系统，采用粒子群算法（PSO）结合梯度下降法（GD）来完成系统通道失配误差估计；利用滤波器方程组和Kaiser窗截断处理得到补偿校准滤波器系数值。该补偿方法可以直接在以现场可编程门阵列（FPGA）为处理芯片的TIADC硬件平台上实现，达成宽带并行交替采样信号的在线重构。实验结果表明，该算法可以有效实现通道失配误差的补偿校准，在Vivado开发软件平台行为级仿真条件下使无杂散动态范围（SFDR）由32.1 dBFS提升到53.1 dBFS，在硬件系统测试时使SFDR提升到60.8 dBFS，且该信号重构方法易在硬件系统实现，不受通道数目的限制。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240433
摘要:
利用输出532 nm波长的全固态准连续Nd:YAG激光器作为泵浦源，对以KTP晶体为非线性晶体的窄线宽光学参量振荡器输出特性进行研究。在谐振腔内插入石英标准具压缩输出激光线宽。通过理论分析,估算了脉冲光学参量振荡器谐振腔内标准具对闲频光的透射光谱线宽，根据计算结果设计了实验用的标准具参数。在光学参量振荡器谐振腔内插入另一KTP晶体对闲频光进行腔内倍频，实现了波长调谐范围574.5～577.2 nm的pm级窄线宽可调谐黄光输出。在重复频率为10 kHz，泵浦光平均功率为30 W时，倍频黄光的峰值波长为575.81 nm，对应的平均输出功率为155 mW，脉宽约为35 ns，线宽仅为0.8 pm，x和y方向光束质量因子则分别为1.286和1.807。
利用输出532 nm波长的全固态准连续Nd:YAG激光器作为泵浦源，对以KTP晶体为非线性晶体的窄线宽光学参量振荡器输出特性进行研究。在谐振腔内插入石英标准具压缩输出激光线宽。通过理论分析,估算了脉冲光学参量振荡器谐振腔内标准具对闲频光的透射光谱线宽，根据计算结果设计了实验用的标准具参数。在光学参量振荡器谐振腔内插入另一KTP晶体对闲频光进行腔内倍频，实现了波长调谐范围574.5～577.2 nm的pm级窄线宽可调谐黄光输出。在重复频率为10 kHz，泵浦光平均功率为30 W时，倍频黄光的峰值波长为575.81 nm，对应的平均输出功率为155 mW，脉宽约为35 ns，线宽仅为0.8 pm，x和y方向光束质量因子则分别为1.286和1.807。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250011
摘要:
高空电磁脉冲晚期成分（HEMP E3）和地磁暴通过地磁感应作用在地表形成感应地电场，其在输电系统中产生的低频地磁感应电流诱发变压器直流偏磁，可能对电力系统电压稳定性构成潜在威胁。然而，在现有的HEMP E3效应评估研究中，通常假定大地呈均匀或一维分层结构，未充分考虑大地电导率横向差异对HEMP E3感应地电场的影响，因而在海岸等地质条件复杂的区域，难以准确评估电网面临的电磁风险。基于有限元法建立了HEMP E3感应地电场的三维计算模型，研究了复杂大地电性结构对HEMP E3感应地电场时空分布的影响规律，进而采用电磁暂态仿真方法评估了极端感应地电场冲击下的电力系统电压稳定性。仿真结果表明，在海岸等大地电导率分界面附近，HEMP E3感应地电场的幅值和持续时间发生显著变化，从而对电力系统电压稳定性评估结果产生较大影响，该方法为开展复杂地质条件下基础设施的HEMP效应评估和防护提供了重要依据。
高空电磁脉冲晚期成分（HEMP E3）和地磁暴通过地磁感应作用在地表形成感应地电场，其在输电系统中产生的低频地磁感应电流诱发变压器直流偏磁，可能对电力系统电压稳定性构成潜在威胁。然而，在现有的HEMP E3效应评估研究中，通常假定大地呈均匀或一维分层结构，未充分考虑大地电导率横向差异对HEMP E3感应地电场的影响，因而在海岸等地质条件复杂的区域，难以准确评估电网面临的电磁风险。基于有限元法建立了HEMP E3感应地电场的三维计算模型，研究了复杂大地电性结构对HEMP E3感应地电场时空分布的影响规律，进而采用电磁暂态仿真方法评估了极端感应地电场冲击下的电力系统电压稳定性。仿真结果表明，在海岸等大地电导率分界面附近，HEMP E3感应地电场的幅值和持续时间发生显著变化，从而对电力系统电压稳定性评估结果产生较大影响，该方法为开展复杂地质条件下基础设施的HEMP效应评估和防护提供了重要依据。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240426
摘要:
主要围绕Fe: β-Ga2O3基垂直型光导开关的高压性能进行实验和分析。结果显示，Fe: β-Ga2O3中深能级能提供产生非本征激发的载流子，输入电压为20 kV并进行单次激光触发时器件未出现击穿趋势，在15 kV下以10 Hz光触发至少5000 余次后开关损坏，有效数据中脉冲表现较为稳定，初步证明了氧化镓光导开关可应用于大功率和高频等极限环境。失效分析说明较大的禁带宽度不是决定高耐压的唯一条件，除了使用精确掺杂的手段引入特定缺陷来改变Ga2O3材料性能外，进一步改良现有的材料生长方式和器件封装结构等也对提高光导开关的输出和寿命有所帮助。
主要围绕Fe: β-Ga2O3基垂直型光导开关的高压性能进行实验和分析。结果显示，Fe: β-Ga2O3中深能级能提供产生非本征激发的载流子，输入电压为20 kV并进行单次激光触发时器件未出现击穿趋势，在15 kV下以10 Hz光触发至少
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250028
摘要:
研究表明，基于维纳滤波的信号同轴电缆传输畸变补偿方法对于多种不同类型的脉冲信号均表现出优异的补偿性能和补偿效率，可以有效解决脉冲信号同轴电缆传输畸变问题，具有很好的应用价值。但是，目前尚未对影响该方法补偿效果的因素进行分析，也未明确其最佳应用条件或参数设置。本文深入分析了影响基于维纳滤波信号传输畸变补偿方法补偿性能的因素，确定主要影响因素为输出信号信噪比SNR、同轴电缆S21曲线测量步长Δf以及功率谱估计方法。针对上述影响因素开展了同轴电缆信号传输畸变补偿试验，结果表明：当SNR小于25 dB时，SNR越低，补偿方法补偿性能越差，而当SNR大于25 dB时，随着SNR的增大，补偿性能趋于稳定不变；对于S21参数测量频率步长Δf，当Δf较小时，补偿性能几乎保持不变，当Δf较大时，随着Δf的增大时，补偿精度缓慢降低；而对于功率谱估计方法，常用的三种功率谱估计方法（周期图法、Welch法和Burg法）中，Burg法补偿性能最佳。研究结果可为维纳滤波实际应用提供指导。
研究表明，基于维纳滤波的信号同轴电缆传输畸变补偿方法对于多种不同类型的脉冲信号均表现出优异的补偿性能和补偿效率，可以有效解决脉冲信号同轴电缆传输畸变问题，具有很好的应用价值。但是，目前尚未对影响该方法补偿效果的因素进行分析，也未明确其最佳应用条件或参数设置。本文深入分析了影响基于维纳滤波信号传输畸变补偿方法补偿性能的因素，确定主要影响因素为输出信号信噪比SNR、同轴电缆S21曲线测量步长Δf以及功率谱估计方法。针对上述影响因素开展了同轴电缆信号传输畸变补偿试验，结果表明：当SNR小于25 dB时，SNR越低，补偿方法补偿性能越差，而当SNR大于25 dB时，随着SNR的增大，补偿性能趋于稳定不变；对于S21参数测量频率步长Δf，当Δf较小时，补偿性能几乎保持不变，当Δf较大时，随着Δf的增大时，补偿精度缓慢降低；而对于功率谱估计方法，常用的三种功率谱估计方法（周期图法、Welch法和Burg法）中，Burg法补偿性能最佳。研究结果可为维纳滤波实际应用提供指导。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240412
摘要:
平面碳化硅光导开关因可采用本征光触发而具有实现高光电增益的特点，但正面与背面光入射两种触发方式在响应特性上存在显著差异。基于TCAD数值仿真软件，对本征光背入射的平面碳化硅（SiC）光导开关的光电流响应进行研究，对比本征光触发下不同衬底厚度、不同光功率下器件正面与背面入光输出光电流，并对器件内部电流与电场分布状态进行对比分析，最终对厚度为50 μm的平面SiC光导开关进行了正面、背面触发实验测试。实验结果表明，40 kW峰值光功率下，与正面触发相比，背面触发器件的导通电阻减少了40%，验证了背面入光器件光电转换效率高的特点，且背面触发器件内部电场、电流更加均匀，更有利于提高器件高功率容量。结果为平面光导开关本征触发提供仿真与实验参考。
平面碳化硅光导开关因可采用本征光触发而具有实现高光电增益的特点，但正面与背面光入射两种触发方式在响应特性上存在显著差异。基于TCAD数值仿真软件，对本征光背入射的平面碳化硅（SiC）光导开关的光电流响应进行研究，对比本征光触发下不同衬底厚度、不同光功率下器件正面与背面入光输出光电流，并对器件内部电流与电场分布状态进行对比分析，最终对厚度为50 μm的平面SiC光导开关进行了正面、背面触发实验测试。实验结果表明，40 kW峰值光功率下，与正面触发相比，背面触发器件的导通电阻减少了40%，验证了背面入光器件光电转换效率高的特点，且背面触发器件内部电场、电流更加均匀，更有利于提高器件高功率容量。结果为平面光导开关本征触发提供仿真与实验参考。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240383
摘要:
水介质的绝缘性能影响脉冲功率装置的运行状态，水中气泡是引起水介质击穿的主要因素。为去除水介质中的气泡和溶解性气体，分析了水介质中产生气泡的原因，针对水介质中的体相气泡和表面吸附气泡去除问题，比较了涡流式分离器和反渗透膜的脱气方法，并对其气泡脱除性能进行实验研究。研究结果表明，涡流式分离器的旋流强度低造成分离效率较低，反渗透膜脱气通过降低气体在水中的溶解度使得表面吸附气泡重新溶解，分离效率较高，可以去除水中气泡和溶解性气体，对脉冲功率装置的稳定运行具有重要意义。
水介质的绝缘性能影响脉冲功率装置的运行状态，水中气泡是引起水介质击穿的主要因素。为去除水介质中的气泡和溶解性气体，分析了水介质中产生气泡的原因，针对水介质中的体相气泡和表面吸附气泡去除问题，比较了涡流式分离器和反渗透膜的脱气方法，并对其气泡脱除性能进行实验研究。研究结果表明，涡流式分离器的旋流强度低造成分离效率较低，反渗透膜脱气通过降低气体在水中的溶解度使得表面吸附气泡重新溶解，分离效率较高，可以去除水中气泡和溶解性气体，对脉冲功率装置的稳定运行具有重要意义。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.240240
摘要:
针对中国散裂中子源二期（China Spallation Neutron Source Phase II, CSNS-II）加速器众多预研设备的调试及离线运行需求，自主设计并研制了一套基于“高精度脉冲发生器+低抖动光纤传输链路”的同步时序系统，为各预研设备提供精准且符合物理设计需求的工作时序信号。在同步时序系统硬件方面，研制了具有高性价比的多功能时序信号总控板卡和终端接收板卡，实现了时序信号的严格同步和低抖动传输。同时，采用“超高速双向点对点数据传输+千兆多模SFP光模块”方案，实现基于高速串行传输链路的板间级联，以扩展输出通道数量。在同步时序系统上位机软件方面，采用“串口服务器 + PC soft IOC”方式实现了多功能时序信号总控板卡与实验物理与工业控制系统（Experimental Physics and Industrial Control System, EPICS）之间的数据交互机制，实现远程精确配置同步时序信号的频率、延时、脉宽等参数。同步时序系统已成功投入CSNS-II加速器射频离子源等关键预研设备的调试和运行，并在长期运行中表现出稳定可靠的性能。此外，与商业产品相比，该同步时序系统在软硬件设计方面具备灵活性强、抗干扰能力高和通用性好的优点，为国内外粒子加速器设备的同步时序系统设计与实现提供了切实可行的技术参考。
针对中国散裂中子源二期（China Spallation Neutron Source Phase II, CSNS-II）加速器众多预研设备的调试及离线运行需求，自主设计并研制了一套基于“高精度脉冲发生器+低抖动光纤传输链路”的同步时序系统，为各预研设备提供精准且符合物理设计需求的工作时序信号。在同步时序系统硬件方面，研制了具有高性价比的多功能时序信号总控板卡和终端接收板卡，实现了时序信号的严格同步和低抖动传输。同时，采用“超高速双向点对点数据传输+千兆多模SFP光模块”方案，实现基于高速串行传输链路的板间级联，以扩展输出通道数量。在同步时序系统上位机软件方面，采用“串口服务器 + PC soft IOC”方式实现了多功能时序信号总控板卡与实验物理与工业控制系统（Experimental Physics and Industrial Control System, EPICS）之间的数据交互机制，实现远程精确配置同步时序信号的频率、延时、脉宽等参数。同步时序系统已成功投入CSNS-II加速器射频离子源等关键预研设备的调试和运行，并在长期运行中表现出稳定可靠的性能。此外，与商业产品相比，该同步时序系统在软硬件设计方面具备灵活性强、抗干扰能力高和通用性好的优点，为国内外粒子加速器设备的同步时序系统设计与实现提供了切实可行的技术参考。
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doi: 10.11884/HPLPB202537.250004
摘要:
激光无线能量传输技术具有高功率、远距离、非接触式、能信同传等优点，有望成为一种革新性的能源传递方式，在消费电子产品、无人机、航天等领域展现巨大的应用潜力。分析了激光无线能量传输系统的核心模块以及在地面、航天、水下等领域的国内外发展现状，总结了其面临的技术挑战。最后，讨论了激光无线能量传输系统的未来发展趋势。
激光无线能量传输技术具有高功率、远距离、非接触式、能信同传等优点，有望成为一种革新性的能源传递方式，在消费电子产品、无人机、航天等领域展现巨大的应用潜力。分析了激光无线能量传输系统的核心模块以及在地面、航天、水下等领域的国内外发展现状，总结了其面临的技术挑战。最后，讨论了激光无线能量传输系统的未来发展趋势。
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doi: 10.11884/HPLPB202436.240163
摘要:
战斗力指数的定量化研究是军队实现信息化建设必须解决的难题。针对战斗力指数研究存在定量研究较少、方法精度较低、鲁棒性不强等问题，以及战斗力指数函数本身为复杂规则主导、多变量数学模型、影响因素强耦合等难以拟合的限制，受模糊逻辑理论中对规则的数学分析方法启发，提出了一种基于局部逼近的战斗力指数函数拟合方法，并结合神经网络强大的自学习和自推导能力，构建了相应的基于径向基神经网络（RBF）的定量计算模型。仿真对比实验表明，该方法比利用全局逼近的方法误差率低约2%和6%，且表现出更强的鲁棒性。该计算方法具有较强的实用性，而且具备向其他军事领域迁移的可能性，具备良好的工程应用前景。
战斗力指数的定量化研究是军队实现信息化建设必须解决的难题。针对战斗力指数研究存在定量研究较少、方法精度较低、鲁棒性不强等问题，以及战斗力指数函数本身为复杂规则主导、多变量数学模型、影响因素强耦合等难以拟合的限制，受模糊逻辑理论中对规则的数学分析方法启发，提出了一种基于局部逼近的战斗力指数函数拟合方法，并结合神经网络强大的自学习和自推导能力，构建了相应的基于径向基神经网络（RBF）的定量计算模型。仿真对比实验表明，该方法比利用全局逼近的方法误差率低约2%和6%，且表现出更强的鲁棒性。该计算方法具有较强的实用性，而且具备向其他军事领域迁移的可能性，具备良好的工程应用前景。
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2025, 37: 055003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240358
摘要:
Constructing a photoconductive semiconductor switch (PCSS)-metal coil structure, we discovered a new phenomenon of electromagnetic oscillation in vanadium-compensation semi-insulating (VCSI) PCSS. Here the PCSS responds to laser pulse and high-voltage signal while the metal coil generates an oscillating voltage pulse envelope signal. The generation of this oscillating signal is not related to the input bias voltage of the PCSS, the pulse circuit components, or the electrode structure of the PCSS, rather it is related to the output characteristic of the PCSS. This physical phenomenon can be explained using the current surge model in photoconducting antenna. Preparing ohmic contact electrode on the silicon carbide material forms the PCSS, which generates a large number of photogenerated carriers when ultra-fast laser pulses irradiate the surface of the material and Simultaneously applies a bias voltage signal between the electrode. At this time inside the PCSS the electric field causes the transient current, radiating electromagnetic wave to the metal coil to generate oscillating signal.
Constructing a photoconductive semiconductor switch (PCSS)-metal coil structure, we discovered a new phenomenon of electromagnetic oscillation in vanadium-compensation semi-insulating (VCSI) PCSS. Here the PCSS responds to laser pulse and high-voltage signal while the metal coil generates an oscillating voltage pulse envelope signal. The generation of this oscillating signal is not related to the input bias voltage of the PCSS, the pulse circuit components, or the electrode structure of the PCSS, rather it is related to the output characteristic of the PCSS. This physical phenomenon can be explained using the current surge model in photoconducting antenna. Preparing ohmic contact electrode on the silicon carbide material forms the PCSS, which generates a large number of photogenerated carriers when ultra-fast laser pulses irradiate the surface of the material and Simultaneously applies a bias voltage signal between the electrode. At this time inside the PCSS the electric field causes the transient current, radiating electromagnetic wave to the metal coil to generate oscillating signal.
2025, 37: 055001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240350
摘要:
基于电磁能装备的电爆破在基坑工程中有巨大应用前景。提出了基于脉冲电源-电爆炸负载阵列的协同破岩技术，通过多应力波叠加实现大体积硬岩可控电爆破。分析了电爆炸过程中过电压产生机理以及多阵列协同过程中的过电压传递特性，提出了强流开关的过电压抑制方法。分析了单电爆炸负载与阵列协同破岩的作用效果，双电爆炸负载阵列单位体积破岩能耗为单电爆炸负载的38%，表明电爆炸负载阵列协同可有效实现大体积硬岩的可控电爆破。
基于电磁能装备的电爆破在基坑工程中有巨大应用前景。提出了基于脉冲电源-电爆炸负载阵列的协同破岩技术，通过多应力波叠加实现大体积硬岩可控电爆破。分析了电爆炸过程中过电压产生机理以及多阵列协同过程中的过电压传递特性，提出了强流开关的过电压抑制方法。分析了单电爆炸负载与阵列协同破岩的作用效果，双电爆炸负载阵列单位体积破岩能耗为单电爆炸负载的38%，表明电爆炸负载阵列协同可有效实现大体积硬岩的可控电爆破。
2025, 37: 055002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240356
摘要:
指标高、结构紧凑、稳定性好的固态高压脉冲开关对脉冲功率技术的进步具有重要意义。提出基于光电导开关（PCSS）和电涌抑制晶闸管（TSS）阵列的高压纳秒开关技术路线，采用便于实现高压隔离的PCSS作为TSS阵列的触发单元，研制了一种新型高压纳秒开关模块（PTTSSM）。研制的20 kV开关模块输出峰值电流23.7 A，脉冲宽度122.1 ns，上升时间和下降时间分别为55.9 ns和128.3 ns，尺寸为60 mm×60 mm×40 mm；100 kV模块输出峰值电压60～100 kV可调、最大输出峰值电流356 A，脉宽1.308 μs，上升和下降时间分别是160.4 ns和2.454 μs，尺寸为150 mm×100 mm×50 mm，均能够长时间稳定工作。基于新型高压纳秒开关模块的脉冲电源在有机废水处理实验中成功产生大量稳定低温等离子体，有效降解有机物，验证了开关模块驱动产生等离子体的可行性和有效性。
指标高、结构紧凑、稳定性好的固态高压脉冲开关对脉冲功率技术的进步具有重要意义。提出基于光电导开关（PCSS）和电涌抑制晶闸管（TSS）阵列的高压纳秒开关技术路线，采用便于实现高压隔离的PCSS作为TSS阵列的触发单元，研制了一种新型高压纳秒开关模块（PTTSSM）。研制的20 kV开关模块输出峰值电流23.7 A，脉冲宽度122.1 ns，上升时间和下降时间分别为55.9 ns和128.3 ns，尺寸为60 mm×60 mm×40 mm；100 kV模块输出峰值电压60～100 kV可调、最大输出峰值电流356 A，脉宽1.308 μs，上升和下降时间分别是160.4 ns和2.454 μs，尺寸为150 mm×100 mm×50 mm，均能够长时间稳定工作。基于新型高压纳秒开关模块的脉冲电源在有机废水处理实验中成功产生大量稳定低温等离子体，有效降解有机物，验证了开关模块驱动产生等离子体的可行性和有效性。
2025, 37: 051001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240370
摘要:
相较于单一波段目标检测技术，多光谱目标检测技术通过捕获物体在多个不同波长的光谱波段下的反射或辐射信息，极大地提高目标检测的准确性和应对复杂环境的鲁棒性。在遥感、农业检测、环境保护、工业生产以及国防安全等领域有着广泛的应用。然而，目前多光谱目标检测领域仍面临着严峻挑战：多样化的高质量数据集以及高效目标检测算法的缺乏，严重制约了该技术的进一步发展和应用。鉴于此，综合阐释了多光谱目标检测数据集的制作方法以及多光谱目标检测算法的重要进展。首先，系统分析了多光谱数据集的构建过程，包括数据采集，预处理和数据标注。其次，全面分析了目标检测算法发展的历史脉络，这些算法涵盖了基于传统特征提取技术的目标检测算法、深度学习方法以及其改进版本。此外，着重强调了算法开发者为提升多光谱目标检测性能在特征融合、模型架构和子网络方面所作的关键改进。最后，探讨了多光谱目标检测技术未来的发展方向，期望为研究人员指明潜在的研究热点和应用领域，促成多光谱目标检测技术在实际场景中更广泛的应用，提升其社会价值。
相较于单一波段目标检测技术，多光谱目标检测技术通过捕获物体在多个不同波长的光谱波段下的反射或辐射信息，极大地提高目标检测的准确性和应对复杂环境的鲁棒性。在遥感、农业检测、环境保护、工业生产以及国防安全等领域有着广泛的应用。然而，目前多光谱目标检测领域仍面临着严峻挑战：多样化的高质量数据集以及高效目标检测算法的缺乏，严重制约了该技术的进一步发展和应用。鉴于此，综合阐释了多光谱目标检测数据集的制作方法以及多光谱目标检测算法的重要进展。首先，系统分析了多光谱数据集的构建过程，包括数据采集，预处理和数据标注。其次，全面分析了目标检测算法发展的历史脉络，这些算法涵盖了基于传统特征提取技术的目标检测算法、深度学习方法以及其改进版本。此外，着重强调了算法开发者为提升多光谱目标检测性能在特征融合、模型架构和子网络方面所作的关键改进。最后，探讨了多光谱目标检测技术未来的发展方向，期望为研究人员指明潜在的研究热点和应用领域，促成多光谱目标检测技术在实际场景中更广泛的应用，提升其社会价值。
2025, 37: 051002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240314
摘要:
热扩散系数是大能量、高功率激光系统中光学元件的重要参数，关系到元件的抗激光损伤性能，但现有热扩散系数测量方法在多维热传导情况下的测量结果误差较大，且热扩散长度是热扩散系数测量的基础，因此采用有限元法仿真了热源连续加热下的二维热传导并总结了热扩散长度与热扩散系数及加热时间之间的关系规律，据此提出了热源连续加热下测量二维热扩散长度的模型与方法。首先采用有限元分析建立模型仿真了一维热传导情况下的热扩散长度与热扩散系数的关系式并与数值解析表达式比较，二者符合较好，验证了使用连续热源与热扩散长度求解热扩散系数的可行性；之后扩展到二维热扩散情况，并讨论了热损失、样品厚度和热源加载时间对结果的影响；最后给出了实际测量方案，并给出提升测量精度措施。该工作为方便准确地测量材料或元件的热扩散长度提供思路，对制备高功率、大能量激光系统元件具有重要意义。
热扩散系数是大能量、高功率激光系统中光学元件的重要参数，关系到元件的抗激光损伤性能，但现有热扩散系数测量方法在多维热传导情况下的测量结果误差较大，且热扩散长度是热扩散系数测量的基础，因此采用有限元法仿真了热源连续加热下的二维热传导并总结了热扩散长度与热扩散系数及加热时间之间的关系规律，据此提出了热源连续加热下测量二维热扩散长度的模型与方法。首先采用有限元分析建立模型仿真了一维热传导情况下的热扩散长度与热扩散系数的关系式并与数值解析表达式比较，二者符合较好，验证了使用连续热源与热扩散长度求解热扩散系数的可行性；之后扩展到二维热扩散情况，并讨论了热损失、样品厚度和热源加载时间对结果的影响；最后给出了实际测量方案，并给出提升测量精度措施。该工作为方便准确地测量材料或元件的热扩散长度提供思路，对制备高功率、大能量激光系统元件具有重要意义。
2025, 37: 051003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240362
摘要:
当光电晶体管偏置在5 V下，辐照前，其暗电流约为58 nA，对365 nm紫外光的响应度约为31 A/W；器件经过10 MeV电子束辐照后，暗电流的数量级下降到10−11 A，响应度下降到原来的1/8左右。辐照后，器件的响应度受偏置电压的影响明显，随着偏置电压的减小而下降，当光电晶体管偏置在3 V下，响应度下降到2.25 A/W。电子束辐照还会影响紫外探测器的开关响应，使响应的总时间变长。结合光电晶体管工作时的电路模型，电子束辐照后引起光产生电流减小、晶体管增益下降和串联电阻增大是引起光电探测器紫外响应性能退化的主要原因。
当光电晶体管偏置在5 V下，辐照前，其暗电流约为58 nA，对365 nm紫外光的响应度约为31 A/W；器件经过10 MeV电子束辐照后，暗电流的数量级下降到10−11 A，响应度下降到原来的1/8左右。辐照后，器件的响应度受偏置电压的影响明显，随着偏置电压的减小而下降，当光电晶体管偏置在3 V下，响应度下降到2.25 A/W。电子束辐照还会影响紫外探测器的开关响应，使响应的总时间变长。结合光电晶体管工作时的电路模型，电子束辐照后引起光产生电流减小、晶体管增益下降和串联电阻增大是引起光电探测器紫外响应性能退化的主要原因。
2025, 37: 052001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240312
摘要:
随着高能量密度（HED）物质诊断需求的日益增长，X射线干涉成像技术在该领域得到了广泛关注和应用。主要综述了X射线干涉成像技术与系统的国内外最新进展，介绍了基于Talbot和Talbot-Lau干涉的X射线光栅成像原理和能力，Talbot干涉和Talbot-Lau干涉是通过利用具有周期性结构的光栅，对X射线的相位、吸收和散射特性进行高精度测量，从而实现对样品内部结构的无损检测与成像。总结了该技术在高能量密度物质诊断实验中的应用，介绍了Talbot干涉分析（TIA）代码，并依靠TIA程序与Flash流体力学代码结合进行了初步模拟，成功获取了Flash模型中的吸收、相位和暗场三种信息，最后总结和展望了X射线Talbot-Lau干涉诊断技术在高能量密度等离子体实验中的应用。
随着高能量密度（HED）物质诊断需求的日益增长，X射线干涉成像技术在该领域得到了广泛关注和应用。主要综述了X射线干涉成像技术与系统的国内外最新进展，介绍了基于Talbot和Talbot-Lau干涉的X射线光栅成像原理和能力，Talbot干涉和Talbot-Lau干涉是通过利用具有周期性结构的光栅，对X射线的相位、吸收和散射特性进行高精度测量，从而实现对样品内部结构的无损检测与成像。总结了该技术在高能量密度物质诊断实验中的应用，介绍了Talbot干涉分析（TIA）代码，并依靠TIA程序与Flash流体力学代码结合进行了初步模拟，成功获取了Flash模型中的吸收、相位和暗场三种信息，最后总结和展望了X射线Talbot-Lau干涉诊断技术在高能量密度等离子体实验中的应用。
2025, 37: 052002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240335
摘要:
介绍了基于百千焦激光装置开展的一系列激光间接驱动双金属壳靶内爆出中子实验。双金属壳靶的设计来源于体点火方案，该方案通过解耦辐射烧蚀与内爆压缩过程，从而提高了内爆的鲁棒性。然而，由于双金属壳靶制备难度较大，首次实验中的中子产额远低于模拟预期。为解决这一问题，提出了两项关键改进措施：一是优化外壳接缝设计，降低流体力学不稳定性因素的影响，提高内外壳的碰撞效率以及内球的内爆效率；二是提高黑腔靶丸的耦合效率，增强激光能量的有效传递。通过这些改进，靶丸的压缩性能和内爆效率得到显著提升，最终实现了中子产额从\begin{document}$ 5.0\times {10}^{7} $\end{document} ![]()
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\begin{document}$ 7.1\times {10}^{8} $\end{document} ![]()
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介绍了基于百千焦激光装置开展的一系列激光间接驱动双金属壳靶内爆出中子实验。双金属壳靶的设计来源于体点火方案，该方案通过解耦辐射烧蚀与内爆压缩过程，从而提高了内爆的鲁棒性。然而，由于双金属壳靶制备难度较大，首次实验中的中子产额远低于模拟预期。为解决这一问题，提出了两项关键改进措施：一是优化外壳接缝设计，降低流体力学不稳定性因素的影响，提高内外壳的碰撞效率以及内球的内爆效率；二是提高黑腔靶丸的耦合效率，增强激光能量的有效传递。通过这些改进，靶丸的压缩性能和内爆效率得到显著提升，最终实现了中子产额从
2025, 37: 052003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240327
摘要:
为了解激光焦斑尺寸对极紫外转换效率影响及产生影响的物理机制，通过理论解析的方式提出了激光烧蚀平面靶产生冕区等离子体的二维瞬态膨胀模型来研究激光焦斑对极紫外光转换效率的影响。发现在激光光强7.45×1010 W/cm2、半高全宽5 ns、波长1064 nm时，随着激光焦斑半径从60 μm增大到300 μm，相应地极紫外转换效率从1%增大到5.5%；而焦斑半径大于300 μm后，相应地极紫外转换效率保持在5.5%。这是由于激光烧蚀平面靶产生的冕区等离子体从初始的一维膨胀到随后的二维膨胀过程决定了发射极紫外光的等离子体区的饱和尺寸，并最终决定了极紫外光的转换效率。转换效率随焦斑半径变化的趋势可以解释激光烧蚀锡靶实验观察到的物理现象。
为了解激光焦斑尺寸对极紫外转换效率影响及产生影响的物理机制，通过理论解析的方式提出了激光烧蚀平面靶产生冕区等离子体的二维瞬态膨胀模型来研究激光焦斑对极紫外光转换效率的影响。发现在激光光强7.45×1010 W/cm2、半高全宽5 ns、波长
2025, 37: 053001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240391
摘要:
在高功率微波辐射领域中，模式变换器加喇叭天线是实现旋转轴对称模定向辐射的常用技术，但模式变换器与喇叭天线的分离设计往往会使得天线轴向和口面尺寸较大。为了满足实际应用场景对天线小型化的需求，提出了一种模式控制与辐射一体化的阶梯型双半圆波导辐射天线。该天线由圆波导TM01模输入，通过插板将圆波导TM01模分成两路相位相反的半圆波导TE11模，之后再连接两个不对称的阶梯型半圆波导辐射器实现微波辐射。功分器采用了渐变圆波导进行匹配，同时采用大半径的内导体以提高功率容量。双半圆波导辐射器利用模式匹配法结合粒子群优化算法进行相位调节和模式控制。通过分区域的模式控制和辐射一体化设计，在辐射口面处达到更加均匀的同相电场分布，实现定向辐射，从而缩短了天线长度、降低了口面大小。优化设计了一个中心频率为2.85 GHz的天线模型，天线尺寸为1.18λ×1.18λ × 2.42λ。仿真结果表明：在2.75～2.96 GHz内天线回波损耗大于15 dB，在2.71～3 GHz内实际增益大于15.5 dBi，中心频点的实际增益为16.14 dBi，真空功率容量为906 MW。相比于传统的模式转换器加喇叭天线的技术路线，该天线具有高功率容量、小型化的特点。
在高功率微波辐射领域中，模式变换器加喇叭天线是实现旋转轴对称模定向辐射的常用技术，但模式变换器与喇叭天线的分离设计往往会使得天线轴向和口面尺寸较大。为了满足实际应用场景对天线小型化的需求，提出了一种模式控制与辐射一体化的阶梯型双半圆波导辐射天线。该天线由圆波导TM01模输入，通过插板将圆波导TM01模分成两路相位相反的半圆波导TE11模，之后再连接两个不对称的阶梯型半圆波导辐射器实现微波辐射。功分器采用了渐变圆波导进行匹配，同时采用大半径的内导体以提高功率容量。双半圆波导辐射器利用模式匹配法结合粒子群优化算法进行相位调节和模式控制。通过分区域的模式控制和辐射一体化设计，在辐射口面处达到更加均匀的同相电场分布，实现定向辐射，从而缩短了天线长度、降低了口面大小。优化设计了一个中心频率为2.85 GHz的天线模型，天线尺寸为1.18λ×1.18λ × 2.42λ。仿真结果表明：在2.75～2.96 GHz内天线回波损耗大于15 dB，在2.71～3 GHz内实际增益大于15.5 dBi，中心频点的实际增益为16.14 dBi，真空功率容量为906 MW。相比于传统的模式转换器加喇叭天线的技术路线，该天线具有高功率容量、小型化的特点。
2025, 37: 053002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240323
摘要:
为探究电子设备在强电磁场环境中出现重启、关机现象的根本原因，以某型直流稳定电源为受试对象，观察在强场连续波电磁辐射作用下受试电源表现出的敏感现象。选择电压相对变化量作为效应参量，并描述效应参量随干扰场强的变化规律。辐照试验在GTEM室中进行，干扰信号频段为80～1000 MHz，最高场强为300 V/m。试验结果表明，受试电源的输出电压变化可分为两个阶段。干扰场强较低时，电压变化量表现为单调上升、单调下降或先上升后下降；该阶段电压变化量不超过20%，负载设备仍能正常运转。干扰场强较高时，电压变化量表现为突变，可分为停止干扰后关停（80～120 MHz、320～350 MHz）、施加干扰时关停（220～270 MHz、360～420 MHz）、重启（570～590 MHz、700～720 MHz、860～880 MHz）等三种对负载用电设备造成实际威胁的干扰现象。两个阶段的敏感现象无明显对应关系。
为探究电子设备在强电磁场环境中出现重启、关机现象的根本原因，以某型直流稳定电源为受试对象，观察在强场连续波电磁辐射作用下受试电源表现出的敏感现象。选择电压相对变化量作为效应参量，并描述效应参量随干扰场强的变化规律。辐照试验在GTEM室中进行，干扰信号频段为80～
2025, 37: 054001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240365
摘要:
深圳中能高重复频率X射线自由电子激光（S3FEL）的预研项目中的束流测试平台，将用于攻克高重复频率自由电子激光中的多项重大关键技术。对S3FEL束流测试平台中注入段废束桶束窗进行结构设计，结合电子束流参数设计了一种钎焊水冷铜窗。通过有限元分析方法对束窗进行热结构计算，分析了不同冷却通道和冷却流速下的温度、应力和变形。综合考虑冷却效果、流致振动和经济效益因素，最终选取了M型水冷通道和流速为1 m/s的束窗设计。并对该束窗处的真空分布进行计算，结果满足了设计要求，验证了设计的合理性，能够确保装置稳定可靠运行。
深圳中能高重复频率X射线自由电子激光（S3FEL）的预研项目中的束流测试平台，将用于攻克高重复频率自由电子激光中的多项重大关键技术。对S3FEL束流测试平台中注入段废束桶束窗进行结构设计，结合电子束流参数设计了一种钎焊水冷铜窗。通过有限元分析方法对束窗进行热结构计算，分析了不同冷却通道和冷却流速下的温度、应力和变形。综合考虑冷却效果、流致振动和经济效益因素，最终选取了M型水冷通道和流速为1 m/s的束窗设计。并对该束窗处的真空分布进行计算，结果满足了设计要求，验证了设计的合理性，能够确保装置稳定可靠运行。
2025, 37: 054002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240235
摘要:
针对一款BCD工艺栅极驱动器，采用环栅结构进行总剂量效应加固。通过60Co γ辐照试验，对比了加固和非加固器件电学参数随剂量变化情况。结果表明，总剂量辐射会导致器件的输出电压与电流特性发生退化，出现转换电压下降与输出电流上升的现象，同时发现总剂量辐射对输出电阻几乎无影响。对比两种栅极驱动器辐照前后的测试结果，证明环栅加固方法对抑制总剂量辐射引起的边缘漏电有一定的效果，但辐照总剂量达到500 krad(Si)时，加固器件发生功能失效。通过仿真模拟各级晶体管辐射损伤对器件最终输出结果的影响，确定初级施密特反相器内阈值电压漂移影响转换电压，而末级晶体管阈值电压漂移导致输出高电平下降。
针对一款BCD工艺栅极驱动器，采用环栅结构进行总剂量效应加固。通过60Co γ辐照试验，对比了加固和非加固器件电学参数随剂量变化情况。结果表明，总剂量辐射会导致器件的输出电压与电流特性发生退化，出现转换电压下降与输出电流上升的现象，同时发现总剂量辐射对输出电阻几乎无影响。对比两种栅极驱动器辐照前后的测试结果，证明环栅加固方法对抑制总剂量辐射引起的边缘漏电有一定的效果，但辐照总剂量达到500 krad(Si)时，加固器件发生功能失效。通过仿真模拟各级晶体管辐射损伤对器件最终输出结果的影响，确定初级施密特反相器内阈值电压漂移影响转换电压，而末级晶体管阈值电压漂移导致输出高电平下降。
2025, 37: 056001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240326
摘要:
闪光照相技术可以对快速物理过程进行诊断，但由于是瞬时照相，获得的投影数量稀少。考虑视角典型受限（即一个视角）的情况下，CT图像重建不确定度量化方法的研究。目前的单视角CT图像重建不确定度量化方法通常假设在线性光程方程中含有高斯噪声的模型，但这种物理模型过于简化。从朗博比尔定律（Lambert-Beer’s law）出发，构建了关于透射率的指数衰减方程及其高斯噪声项，得到更合理的非线性图像重建模型，推导得到相应的非线性后验概率密度函数，然后利用RTO算法以及Gibbs算法对该后验概率进行抽样，通过统计抽样样本得到图像重建的平均值及其不确定度。为了验证新方法的有效性，给出了模拟数据，并与基于光程方程的线性图像重建结果进行了对比，结果表明基于透射率方程的非线性图像重建方法具有更好的不确定度估计潜力。
闪光照相技术可以对快速物理过程进行诊断，但由于是瞬时照相，获得的投影数量稀少。考虑视角典型受限（即一个视角）的情况下，CT图像重建不确定度量化方法的研究。目前的单视角CT图像重建不确定度量化方法通常假设在线性光程方程中含有高斯噪声的模型，但这种物理模型过于简化。从朗博比尔定律（Lambert-Beer’s law）出发，构建了关于透射率的指数衰减方程及其高斯噪声项，得到更合理的非线性图像重建模型，推导得到相应的非线性后验概率密度函数，然后利用RTO算法以及Gibbs算法对该后验概率进行抽样，通过统计抽样样本得到图像重建的平均值及其不确定度。为了验证新方法的有效性，给出了模拟数据，并与基于光程方程的线性图像重建结果进行了对比，结果表明基于透射率方程的非线性图像重建方法具有更好的不确定度估计潜力。
2025, 37: 056002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240241
摘要:
采用磁控溅射技术控制不同的铝靶电流在 聚对苯二甲酸乙二醇酯 （PET）的表面制备双面铝薄膜。利用扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）观察铝薄膜的微观形貌，使用X射线衍射仪（XRD）对铝薄膜进行物相分析，利用划格法检测铝薄膜和PET的结合情况，利用紫外-可见分光光度计检测铝薄膜的挡光性，采用手持式核辐射探测器检测α和β粒子射线粒子在铝薄膜中的透过率。结果表明：铝薄膜表面光滑平整，具有金属光泽，Al晶粒均匀致密。铝薄膜无孔洞、裂纹等缺陷；随着Al靶电流增加，Al晶粒尺寸、铝薄膜厚度及沉积速率均增大，铝薄膜粗糙度先降低后增大。铝薄膜的挡光性先提高后降低，α、β粒子的平均透过率均逐渐降低；当铝靶电流为2.0 A时，铝薄膜的粗糙度最小，为2.49 nm，光透过率最低在0.025%左右，α、β粒子的平均透过率最高，分别为581.7 CPS、547.2 CPS。
采用磁控溅射技术控制不同的铝靶电流在 聚对苯二甲酸乙二醇酯 （PET）的表面制备双面铝薄膜。利用扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）观察铝薄膜的微观形貌，使用X射线衍射仪（XRD）对铝薄膜进行物相分析，利用划格法检测铝薄膜和PET的结合情况，利用紫外-可见分光光度计检测铝薄膜的挡光性，采用手持式核辐射探测器检测α和β粒子射线粒子在铝薄膜中的透过率。结果表明：铝薄膜表面光滑平整，具有金属光泽，Al晶粒均匀致密。铝薄膜无孔洞、裂纹等缺陷；随着Al靶电流增加，Al晶粒尺寸、铝薄膜厚度及沉积速率均增大，铝薄膜粗糙度先降低后增大。铝薄膜的挡光性先提高后降低，α、β粒子的平均透过率均逐渐降低；当铝靶电流为2.0 A时，铝薄膜的粗糙度最小，为2.49 nm，光透过率最低在0.025%左右，α、β粒子的平均透过率最高，分别为581.7 CPS、547.2 CPS。
2025, 37: 059001.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240398
摘要:
放射性核素已在核医疗、核安保及无损检测等领域中广泛应用，而对其准确识别是放射性核素定性检测的基础。在便携式核素识别仪中，基于传统能谱分析方法存在延迟高、识别率低等不足。提出一种基于核脉冲峰值序列的核素识别轻量化神经网络模型及其FPGA硬件加速方法，通过引入深度可分离卷积和倒残差模块，并使用全局平均池化替代传统全连接层，构建了一种轻量化、高效的神经网络模型。针对网络训练数据集，通过蒙特卡罗工具包Geant4构建NaI(Tl)探测器模型，获取模拟能谱，再由核脉冲信号模拟仿真器根据能谱产生核脉冲信号序列，构建了16种核脉冲信号数据。最后，将训练好的模型通过量化、融合与并行计算等优化方法部署到PYNQ-Z2异构芯片，实现加速。实验结果表明，模型识别精度可达98.3%，相较传统卷积神经网络模型提高了13.2%，参数量仅为2 128。FPGA优化加速后单次识别耗时0.273 ms，功耗为1.94 W。
放射性核素已在核医疗、核安保及无损检测等领域中广泛应用，而对其准确识别是放射性核素定性检测的基础。在便携式核素识别仪中，基于传统能谱分析方法存在延迟高、识别率低等不足。提出一种基于核脉冲峰值序列的核素识别轻量化神经网络模型及其FPGA硬件加速方法，通过引入深度可分离卷积和倒残差模块，并使用全局平均池化替代传统全连接层，构建了一种轻量化、高效的神经网络模型。针对网络训练数据集，通过蒙特卡罗工具包Geant4构建NaI(Tl)探测器模型，获取模拟能谱，再由核脉冲信号模拟仿真器根据能谱产生核脉冲信号序列，构建了16种核脉冲信号数据。最后，将训练好的模型通过量化、融合与并行计算等优化方法部署到PYNQ-Z2异构芯片，实现加速。实验结果表明，模型识别精度可达98.3%，相较传统卷积神经网络模型提高了13.2%，参数量仅为2 128。FPGA优化加速后单次识别耗时0.273 ms，功耗为1.94 W。
2025, 37: 059002.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240351
摘要:
对被动遥感探测高层大气风场所使用的高斯光谱线型、洛伦兹线型与佛克托线型三种线型的气辉（极光）光源引入涡旋光因子后，从理论上导出了三种线型涡旋光表达式，模拟得到三种气辉（极光）涡旋光线型的调制图像，三种线型随拓扑荷数的变化出现不同程度的消光：高斯型涡旋光绕轴旋进一周相位改变2πl，整体呈螺旋形，中心消光部分及相位随拓扑荷数l增加而增大；洛伦兹型涡旋光以横轴分布方向为主要的消光方向。随着l增加光强减弱，以间断式进行中心消光，具有螺旋空间相位结构；佛克托型涡旋光的花样对称分布于横向与纵向两侧，顶部呈“V”型沿-z方向消光。给出三种线型涡旋光的干涉强度与光程差、拓扑荷数的关系式，模拟得到三种线型涡旋光的干涉条纹的3D图，发现不同拓扑荷数下空间光谱强度产生不同的叉形结构：随着涡旋相位的改变，原有空间分布发生变化，整体从光强最大处开始向两侧延伸并挤压，分数拓扑荷数下涡旋相位挤压和错位影响更大。实验结果发现高斯型涡旋光的亮环数目与拓扑荷数l相同，拓扑荷数l每增加1，则总拓扑相位就会增加2π，束腰半径也随之增加。
对被动遥感探测高层大气风场所使用的高斯光谱线型、洛伦兹线型与佛克托线型三种线型的气辉（极光）光源引入涡旋光因子后，从理论上导出了三种线型涡旋光表达式，模拟得到三种气辉（极光）涡旋光线型的调制图像，三种线型随拓扑荷数的变化出现不同程度的消光：高斯型涡旋光绕轴旋进一周相位改变2πl，整体呈螺旋形，中心消光部分及相位随拓扑荷数l增加而增大；洛伦兹型涡旋光以横轴分布方向为主要的消光方向。随着l增加光强减弱，以间断式进行中心消光，具有螺旋空间相位结构；佛克托型涡旋光的花样对称分布于横向与纵向两侧，顶部呈“V”型沿-z方向消光。给出三种线型涡旋光的干涉强度与光程差、拓扑荷数的关系式，模拟得到三种线型涡旋光的干涉条纹的3D图，发现不同拓扑荷数下空间光谱强度产生不同的叉形结构：随着涡旋相位的改变，原有空间分布发生变化，整体从光强最大处开始向两侧延伸并挤压，分数拓扑荷数下涡旋相位挤压和错位影响更大。实验结果发现高斯型涡旋光的亮环数目与拓扑荷数l相同，拓扑荷数l每增加1，则总拓扑相位就会增加2π，束腰半径也随之增加。
2025, 37: 052004.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240269
摘要:
为了研究激光聚变内爆中出现的流体力学不稳定性问题，需要具备大视场、高分辨率的X射线诊断技术。菲涅耳波带片（FZP）是一种圆形非周期光栅结构，可实现X射线的高空间分辨率成像。开展了基于衍射成像的高分辨X射线诊断技术仿真研究，展示了FZP对于流体力学不稳定性问题的应用前景。基于衍射理论建立FZP理论模型，根据诊断实验环境，设计了工作能点为8.04 keV下的FZP结构参数。基于光学仿真模型，对FZP成像色差问题进行模拟，给出了空间分辨与光谱带宽的关系，仿真结果表明，光源带宽小于0.2 keV，FZP的分辨率优于3 μm。通过网格背光成像仿真表明，FZP在0.8 mm视场内，可以实现优于3 μm的分辨。
为了研究激光聚变内爆中出现的流体力学不稳定性问题，需要具备大视场、高分辨率的X射线诊断技术。菲涅耳波带片（FZP）是一种圆形非周期光栅结构，可实现X射线的高空间分辨率成像。开展了基于衍射成像的高分辨X射线诊断技术仿真研究，展示了FZP对于流体力学不稳定性问题的应用前景。基于衍射理论建立FZP理论模型，根据诊断实验环境，设计了工作能点为8.04 keV下的FZP结构参数。基于光学仿真模型，对FZP成像色差问题进行模拟，给出了空间分辨与光谱带宽的关系，仿真结果表明，光源带宽小于0.2 keV，FZP的分辨率优于3 μm。通过网格背光成像仿真表明，FZP在0.8 mm视场内，可以实现优于3 μm的分辨。
2025, 37: 054003.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240083
摘要:
横向尾场导致的束流崩溃效应是限制加速器向强流小型化发展的主要因素。介质金属盘片混合加速结构是具有小型化高束流功率特性的新型加速结构，但其结构较为复杂，导致装配和调谐困难。通过开展介质金属盘片混合加速结构研究，明确介质材料对腔体性能的影响，从而优化结构以解决装配和调谐的问题。该结构优化后可以大幅度降低横向尾场导致的束流崩溃，增大束流功率。基于优化后的结构，设计一只工作频率为S波段2856 MHz，具有小型化高束流平均功率特性的2.5 MeV加速管。介绍了加速结构的优化及加速管的物理设计，采用数值计算方法完成了加速管束流动力学设计，并用PARMELA进行了验证计算。本研究明确该结构具有成为新一代大束流功率辐照直线加速器的潜力。
横向尾场导致的束流崩溃效应是限制加速器向强流小型化发展的主要因素。介质金属盘片混合加速结构是具有小型化高束流功率特性的新型加速结构，但其结构较为复杂，导致装配和调谐困难。通过开展介质金属盘片混合加速结构研究，明确介质材料对腔体性能的影响，从而优化结构以解决装配和调谐的问题。该结构优化后可以大幅度降低横向尾场导致的束流崩溃，增大束流功率。基于优化后的结构，设计一只工作频率为S波段
2025, 37: 054004.
doi: 10.11884/HPLPB202537.240179
摘要:
针对紧凑型X射线光源的一体化储存环注入系统这一核心问题开展研究。利用三维电磁场仿真软件CST与束流动力学模拟软件ELEGANT，重点对注入系统中的关键元件−扰动器进行多参数优化设计。研究了电子束流在半整数注入过程中的相空间演化规律，优化了注入元件的结构参数，针对紧凑型储存环优化了注入方案，计算结果显示扰动器相对于注入点的最佳摆放位置是150°～210°，电子束流注入位置相对于平衡轨道为30 mm，扰动器停止工作后电子振幅最小可缩小至3.4 mm。最后分析了紧凑型储存环采用多次多圈注入模式实现束流注入的可行性，计算结果显示扰动器工作频率为3 MHz时可获得最大注入效率。
针对紧凑型X射线光源的一体化储存环注入系统这一核心问题开展研究。利用三维电磁场仿真软件CST与束流动力学模拟软件ELEGANT，重点对注入系统中的关键元件−扰动器进行多参数优化设计。研究了电子束流在半整数注入过程中的相空间演化规律，优化了注入元件的结构参数，针对紧凑型储存环优化了注入方案，计算结果显示扰动器相对于注入点的最佳摆放位置是150°～210°，电子束流注入位置相对于平衡轨道为30 mm，扰动器停止工作后电子振幅最小可缩小至3.4 mm。最后分析了紧凑型储存环采用多次多圈注入模式实现束流注入的可行性，计算结果显示扰动器工作频率为3 MHz时可获得最大注入效率。
2025, 37: 059901.
doi: 10.11884/HPLPB202537.250091
摘要:
运用飞秒激光逐面直写技术，结合光束整形方法，成功实现了一步直写大面积光栅栅面。基于该方法在20/400 μm双包层光纤中成功制备高低反光栅对，并用于搭建全光纤振荡器。在2262 W泵浦功率下实现1664 W近单模激光输出，光-光转换效率达73.47%，光束质量因子M2=1.46，输出光谱3-dB带宽为3 nm且无受激拉曼散射峰。研究结果表明，飞秒激光直写技术在高功率光栅制备中同时具备工艺灵活性与热管理优势，为全光纤激光器性能提升提供关键技术路径。
运用飞秒激光逐面直写技术，结合光束整形方法，成功实现了一步直写大面积光栅栅面。基于该方法在20/400 μm双包层光纤中成功制备高低反光栅对，并用于搭建全光纤振荡器。在
